什麼是工業副產氫?
工業副產氫是指工業化學過程中產生的次要產物,而非主要目標產品。主要來源包括氯堿廠(氫氣與氯氣和燒鹼同時產生)、鋼鐵生產中的焦爐煤氣(含氫量為55%~60%)以及石油煉製中的催化重整。如果將這些氫氣收集提純,而不是將其燃燒掉或用作低品位燃料,則可獲得低成本、近乎零碳排放的氫氣供應,用於燃料電池汽車、工業應用或注入氫氣管道。在中國,氯堿和焦化行業的副產氫量估計每年達數百萬噸,使其成為近期重要的氫氣供應來源。
關於工業副產氫的5個關鍵問題
中國工業副產氫的主要來源包括:(1) 氯鹼行業——中國是世界上最大的氯鹼生產國,每年產生約100萬噸副產氫; (2) 焦爐煤氣——中國鋼鐵行業產生大量的焦爐煤氣,其中含氫量為55%~60%,部分氫氣會被回收利用; (3) 石油煉製——催化重整和加氫裂化工藝會產生氫氣作為副產品; (4) 丙烷脫氫(PDH)——隨著中國石化行業的擴張,丙烷脫氫的產生量也在不斷增長。 這些來源加起來每年可提供數百萬噸氫氣,但目前尚未得到充分利用。
副產氫通常含有氮氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和水分等雜質,必須在用於燃料電池之前去除。 燃料電池對氫氣純度的要求為99.97%或更高(符合ISO 14687 D級標準)。 提純技術包括變壓吸附(PSA),這是目前應用最廣泛的高純度氫氣提純方法; 膜分離,適用於中等純度要求,可實現連續運行且能耗更低; 以及低溫分離,適用於大規模應用。 提純成本會增加副產氫的最終成本,但通常低於專用制氫裝置的全部生產成本。
副產氫的碳足跡取決於排放物在主要產品和副產氫之間的分配方式。 在系統邊界法下,副產氫的碳排放量被設定為零或極低,因為它原本會被燃燒或排放。 在全生命週期分配法下,一部分工業過程排放物會被歸因於氫氣。 實際上,氯鹼和焦爐工藝產生的副產氫通常被歸類為“灰氫”或“藍氫”,而非“綠氫”。 但利用副產氫可以避免使用化石燃料生產等量的氫氣,從而實現凈碳效益。
利用工業副產氫需要在生產現場配備凈化設備,將其壓縮至管道或管束運輸壓力,並配備儲存設施和配送基礎設施,以連接生產現場和最終使用者。 在中國,將制氫企業與燃料電池車隊或加氫站集中建設的工業園區是最具資本效益的模式,可以最大限度地降低運輸成本。 廣東、浙江和山東等省份的政府政策通過補貼凈化設備和加氫基礎設施來支援副產氫的利用。
目前,工業副產氫是中國成本最低的氫氣供應方式之一,其生產成本(不含分銷)為10-20元/公斤,而現有電解槽專案的綠色氫氣成本為25-40元/公斤。 然而,副產氫的供應地域集中於工業集群附近,且總量有限。 隨著電解槽成本的下降和可再生能源電力價格的降低,預計到2020年代末,綠色氫氣的成本將與副產氫相媲美,尤其是在可再生能源資源豐富的地區。
關鍵要點
工業副產氫在中國是一種重要的、低成本且近期即可獲得的氫氣供應資源,尤其來自氯堿和焦化行業。與其將其燃燒掉,不如將其捕獲和提純,這樣既能帶來經濟效益,又能帶來環境效益。在上海氫能展(HE Shanghai),氫氣提純、壓縮和分配設備的供應商致力於服務日益增長的副產氫利用專案市場。